Космогенный нуклид

Космогенные нуклиды (или космогенные изотопы ) - это редкие нуклиды (изотопы ), образующиеся при взаимодействии высокоэнергетических космических лучей с ядром in situ Солнечной системы атом, в результате чего нуклоны (протоны и нейтроны) осыпается из атома (см. расщепление космическими лучами ). Эти нуклиды производятся в земных материалах, таких как скалы или почва, в атмосфере Земли атмосферы и во внеземных объектах, таких как метеориты. Измеряя космогенные нуклиды, ученые могут получить представление о ряде геологических и астрономических процессов. Существуют как радиоактивные, так и стабильные космогенные нуклиды. Некоторыми из этих радионуклидов являются тритий, углерод-14 и фосфор-32.

Определенный легкий (низкий атомный номер) первичные нуклиды (некоторые изотопы из лития, бериллия и бора ), как полагают, были созданы не только во время Большого взрыва, а также (и, возможно, в первую очередь) образовались после Большого взрыва, но до конденсации Солнечной системы в результате расщепления космических лучей на межзвездный газ и пыль. Это объясняет их более высокое содержание в космических лучах по сравнению с их соотношениями и содержанием некоторых других нуклидов на Земле. Это также объясняет переизбыток первых переходных металлов непосредственно перед железом в периодической таблице; таким образом, при расщеплении железа космическими лучами образуется от скандий через хром, с одной стороны, и гелий через бор, с другой. Однако произвольное определение того, что космогенные нуклиды образуются «in situ в Солнечной системе» (то есть внутри уже агрегированного фрагмента Солнечной системы), предотвращает образование первичных нуклидов, образовавшихся в результате расщепления космических лучей до образования Солнечной системы. названные «космогенными нуклидами», хотя механизм их образования точно такой же. Эти же нуклиды все еще прибывают на Землю в небольших количествах в космических лучах и образуются в метеороидах, в атмосфере, на Земле «космогенно». Однако бериллий (весь его стабильный бериллий-9) изначально присутствует в Солнечной системе в гораздо больших количествах, он существовал до конденсации Солнечной системы и, таким образом, присутствует в материалах, из которых сформировалась Солнечная система.

Чтобы провести различие другим способом, время их образования определяет, какое подмножество нуклидов, образующихся в результате расщепления космических лучей, называется первичным или космогенным (нуклид не может принадлежат к обоим классам). Традиционно считается, что некоторые стабильные нуклиды лития, бериллия и бора образовались в результате расщепления космических лучей в период между Большим взрывом и образованием Солнечной системы (таким образом, эти первичные нуклиды, по определению) не называются «космогенными», хотя они образовались в результате того же процесса, что и космогенные нуклиды (хотя и в более раннее время). Первородный нуклид бериллий-9, единственный стабильный изотоп бериллия, является примером этого типа нуклида.

Напротив, хотя радиоактивные изотопы бериллий-7 и бериллий-10 попадают в эту серию трех легких элементов (литий, бериллий, бор), образующихся в основном в результате расщепления космическими лучами нуклеосинтеза оба этих нуклида имеют слишком короткий период полураспада, чтобы они образовались до образования Солнечной системы, и, следовательно, они не могут быть первичными нуклидами. Поскольку путь расщепления космических лучей является единственным возможным источником естественного появления бериллия-7 и бериллия-10 в окружающей среде, они являются космогенными.

• 1 Космогенные нуклиды
  • 1.1 Приложения в геологии, перечисленные по изотопу
• 2 Использование в геохронологии
  • 2.1 Поправки на потоки космических лучей
• 3 Ссылки

Вот список радиоизотопов, образовавшихся под действием космических лучей ; список также содержит способ производства изотопа. Большинство космогенных нуклидов образуются в атмосфере, но некоторые из них образуются на месте в почве и горных породах, подвергающихся воздействию космических лучей, особенно кальция-41 из таблицы ниже.

Приложения в геологии, перечисленные по изотопам

Как видно из приведенной выше таблицы, существует большое количество полезных космогенных нуклидов, которые можно измерить в почве, скалах, грунтовых водах и атмосфере. Все эти нуклиды имеют общую черту - они отсутствуют в материале-хозяине во время образования. Эти нуклиды различаются по химическому составу и делятся на две категории. Представляющими интерес нуклидами являются либо благородные газы, которые из-за своего инертного поведения по своей природе не удерживаются в кристаллизованном минерале, либо имеют достаточно короткий период полураспада, когда он распался после нуклеосинтеза, но достаточно долгий период полураспада, когда он достиг измеримых концентраций. Первый включает измерение содержания Kr и Ar, тогда как последний включает измерение содержания Be, C и Al.

3 типа реакций космических лучей могут происходить, когда космические лучи сталкиваются с веществом, которые, в свою очередь, производят измеренные космогенные нуклиды.

• расщепление космических лучей, которое является наиболее распространенной реакцией на поверхности (обычно от 0 до 60 см ниже) Земли и могут создавать вторичные частицы, которые могут вызывать дополнительную реакцию при взаимодействии с другими ядрами, называемую каскадом столкновений ,.
• захват мюона распространяется на глубинах на несколько метров ниже недр, поскольку мюоны по своей природе менее реактивны и в некоторых случаях с мюонами высокой энергии могут достигать большей глубины
• захват нейтронов, которые из-за низкой энергии нейтрона захватываются ядром, чаще всего водой, но сильно зависят от снега, влажность почвы и концентрация микроэлементов.

Поправки на потоки космических лучей

Так как Земля выпирает на экваторе, а горы и глубокие океанические желоба допускают отклонения в несколько километров относительно однородно гладкого сфероида, космические - лучи бомба неровная поверхность Земли в зависимости от широты и высоты. Таким образом, для точного определения потока космических лучей необходимо учесть многие географические и геологические соображения. Атмосферное давление, например, которое изменяется с высотой, может изменить скорость образования нуклидов в минералах в 30 раз между уровнем моря и вершиной горы высотой 5 км. Даже изменение наклона земли может повлиять на то, как далеко высокоэнергетические мюоны могут проникать под поверхность. Напряженность геомагнитного поля, которая изменяется во времени, влияет на скорость образования космогенных нуклидов, хотя некоторые модели предполагают, что вариации напряженности поля усредняются за геологическое время и не всегда учитываются.